KR20140060546A - 마이크로-반응 시스템에서의 술페이트 및/또는 술포네이트 제조 방법 - Google Patents

마이크로-반응 시스템에서의 술페이트 및/또는 술포네이트 제조 방법 Download PDF

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토마스 크루파
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코그니스 아이피 매니지먼트 게엠베하
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Abstract

하나 이상의 히드록실 관능기 및/또는 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 화합물에 삼산화황을 첨가하여 술페이트 및/또는 술포네이트를 제조하는 방법으로서, 하기를 특징으로 하는 방법이 제안된다:
(i) 반응이 마이크로-반응 시스템 (μ-반응기) 에서 수행되고,
(ii) 사용된 술페이트화/술포네이트화 작용제가 액체 삼산화황이고,
(iii) 반응이 0 ~ 20 부피% 의 공기, 불활성 기체 또는 유기 용매의 존재 하에 수행됨.

Description

마이크로-반응 시스템에서의 술페이트 및/또는 술포네이트 제조 방법 {PROCESS FOR PREPARING SULFATES AND/OR SULFONATES IN A MICRO-REACTION SYSTEM}
본 발명은 음이온성 계면활성제의 영역에 속하고, 마이크로-반응 시스템에서 액체 삼산화황을 사용하는 특이적 술페이트화/술포네이트화 방법을 지칭한다.
삼산화황으로 산화되는 기체 이산화황으로부터 음이온성 계면활성제 스타 (star) 를 제조하기 위해 술페이트화 또는 술포네이트화에 관한 최근 기술을 처리하였다. 이어서, 기체 SO3 를 건조 공기와 혼합한 다음, 예를 들어, 1차 알코올, 올레핀, 알킬 페놀, 알킬 벤젠 또는 그의 알콕실화 생성물과 같은 유기 화합물과 반응시켰다. 히드록실기와의 반응이 술페이트를 야기하는 반면, 이중 결합으로의 SO3 의 첨가는 술포네이트의 형성을 야기하였다. 표준 절차를 강하막 반응기에서 수행하고, 예를 들어, B. Gutsche 등에 의한 문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Vol . B4, 1992] 에 상세하게 기재하였다. 발레스트라 (Ballestra) 또는 케미톤 (Chemithon) 과 같은 회사는 수십년 동안 공기로 희석된 기체 SO3 를 사용하는 술페이트화/술포네이트화 방법을 위한 산업상 이용가능한 반응기를 제공하였다. 반응기에서 술페이트화/술포네이트화제의 산화력을 감소시키고 탄소질 잔류물의 형성을 방지하기 위해 삼산화황의 희석은 필수적인 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 매우 통상적인 구현예에서, 출발 물질의 박막 및 SO3 사이에 일종의 막 (curtain) 을 형성하는 튜브 반응기로 공기를 불어 주었다.
지난 몇 년 동안, 마이크로-시스템에서의 반응은 산업상 목적에 대해서도 관심을 가져왔다. 한 가지 주요 원인은 특히 강한 발열 반응이 매크로 시스템에서 보다 마이크로 시스템에서 보다 용이하게 수행될 수 있다는 점이다. 이것은 또한 술페이트화/술포네이트화에 관하여서도 사실이다. 예를 들어, Jaehnisch 등은 마이크로화된 강하막 반응기에서의 술페이트화/술포네이트화를 기재한다 (문헌 [Chem. Eng . J. 107, 205-214 (2005)]). Kremer 등은 다양한 출발 물질의 술페이트화/술포네이트화 중 공기 또는 불활성 기체에 의해 희석된 액체 삼산화황의 용도를 교시한다 (문헌 [Chem . Spec . Mfr . Ass ., Proc . Annu . Meet ., 56, 105-109 (1970)]). 예를 들어, 불활성 기체 또는 유기 용매에 의해 희석된 삼산화황을 사용하는, 나프탈렌과 같은 유기 출발 물질의 술페이트화/술포네이트화가 중국 특허 출원 CN 101947424 A 및 CN 101607925 A 의 목적이다.
비록 마이크로-반응 기술이 다양한 이점, 특히 더 높은 전환에 비해 더 낮은 함량의 폐기물 및 부산물, 및 상당히 더 나은 생성물 색깔을 제공할지라도, 불활성 기체가 매우 비싸고, 공기를 사용하는 것은 압축 및 건조에 필요한 높은 전자 에너지가 요구되기 때문에 통상적으로 약 90 부피% 의 높은 양으로 액체 술페이트화/술포네이트화제를 희석할 필요가 있는 것이 주요 단점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 인용된 단점이 없고, 낮은 수준의 목적하지 않는 부산물을 포함하는 음이온성 계면활성제를 제조하는데 특히 유용한 술페이트화/술포네이트화제로서 액체 삼산화황을 사용하는 마이크로-반응 시스템에서의 술페이트화 또는 술포네이트화를 위한 방법을 제공하는 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 하나 이상의 히드록실 관능기 및/또는 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 화합물에 삼산화황을 첨가하여 술페이트 및/또는 술포네이트를 제조하는 방법으로서, 하기를 특징으로 한다:
(i) 반응이 마이크로-반응 시스템 (μ-반응기) 에서 수행되고,
(ii) 사용된 술페이트화/술포네이트화제가 액체 삼산화황이고,
(iii) 반응이 0 ~ 20 부피% 의 공기, 불활성 기체 또는 유기 용매의 존재 하에 수행됨.
놀랍게도, 당업계에 언급된 편견에도 불구하고, 단순히 공기, 불활성 기체 또는 유기 용매의 부재 하에 또는 1 ~ 20, 바람직하게는 5 ~ 10 부피% 의 낮은 희석 비율로 상이한 유형의 마이크로-반응 시스템 중 액체 삼산화황을 사용하여 유기질을 술페이트화 또는 술포네이트화 하는 것이 가능하다는 것이 관찰되었다. 명백하게, 술페이트화/술포네이트화 생성물이 단순한 공정 조건 하에서 높은 수율 및 높은 품질로 수득 가능하기 때문에, 이 단순하지만, 기대하지 못했던 관찰이 상기 방법의 경제적 프레임워크를 상당히 감소시켜준다.
구조화된 반응기 및 마이크로-반응 시스템
본 발명의 중심 요소는 폭발 한계와 상관없이 수행되는 에틸렌 및 프로필렌의 산화를 가능하게 하는 구조화된 반응기를 밝혀내는 것에 있고, 반응이 등온으로 수행될 수 있기 때문에, 반응물은 반응기 내에서 최소 체류 시간만을 갖고, 반응 채널은 최대 실험 세이프 갭을 초과하지 않는 직경을 갖는다. 용어 "최대 실험 세이프 갭"은 폭발로 인해 생긴 불꽃이 여전히 자동적으로 소화되는 반응기의 최대 직경을 의미하는 것으로 이해된다. 이들 환경은 에틸렌 또는 프로필렌 및 산화제의 임의의 혼합물을 사용할 수 있게 해주고, 그럼에도 불구하고 또한 폭발 범위 내에서 안전하게 반응기를 작동시킬 수 있다.
용어 "구조화된 반응기"는 개별적으로, 모듈로 또는 전체적으로 작동할 수 있는 반응 채널의 배열을 의미하는 것으로 이해되고, 안정화, 시큐어링 (securing), 가열 또는 냉각을 제공하는 매트릭스 내에 배치된다. 구조화된 반응기의 바람직한 구현예는 마이크로-반응 시스템이고, 마이크로-반응기 또는 μ-반응기로서도 일반적으로 지칭된다. 이들은 반응 챔버의 3 가지 치수 중 하나 이상이 1 ~ 2000㎛ 범위의 측정치를 갖는 특징을 갖고, 따라서 이들은 높은 이동-특이적 내부 표면적, 반응물의 짧은 체류 시간 및 높은 특이적 열 및 질량 이동 능력을 특징으로 한다. 상기 주제에 관한 세부 항목은 예를 들어 Jaehnisch 등의 문헌 [Angewandte Chemie Vol . 116, 410-451 (2004)] 에서 발견할 수 있다. 참고문헌은 유럽 특허 출원 EP 　0903174　A1 (Bayer) 을 예로 하여 만들었고, 여기에 평행 반응 채널의 배열로 이루어지는 마이크로-반응기 중 유기 화합물의 액체 상 산화가 기재되어 있다. 마이크로-반응기는 추가적으로 필수 요소로서 마이크로일렉트로닉 성분을 포함할 수 있다. 공지된 마이크로-분석 시스템과 대조적으로, 마이크로-반응기에서는 반응 챔버의 모든 측면 치수가 ㎛ 범위 내에 존재할 필요가 없다. 대신에, 이들의 치수는 반응의 유형에 의해 배타적으로 측정된다. 따라서, 마이크로-채널 및 매크로-채널 또는 다수의 마이크로-채널의 평행 작동이 서로 나란히 존재할 수 있도록 특정 반응에 대해서, 유용한 마이크로-반응기는 또한 특정수의 마이크로-채널이 번들인 것으로 존재한다. 높은 처리량이 가능할 수 있고, 가능한 압력 강하를 유지하기 위해 채널은 바람직하게는 서로 평행으로 배열된다.
지지체
마이크로-반응 시스템은 예를 들어 세라믹 또는 강철 (하스텔로이)로부터 일체형으로 제조될 수 있거나, 또는 지지체 상에 탑재될 수 있다.
마이크로-반응 시스템의 구조 및 치수가 정의된 상기 지지체는 물질 조합, 예를 들어 실리콘-실리콘, 유리-유리, 금속-금속, 금속-플라스틱, 플라스틱-플라스틱 또는 세라믹-세라믹, 또는 상기 물질의 조합일 수 있고, 바람직한 구현예는 실리콘-유리 복합체이다. 유용한 지지체는 또한 층식(layer-by-layer) 경화에 의해 제조되고, 특히 제조하기 저렴한 폴리아크릴레이트를 포함한다. 추가의 대안은 HAT 세라믹, 특히 내압성 재킷으로 둘러싸인 것들 및 또한 산화제의 분해를 방지하기 위해 반응 채널이 적절하게 코팅되는 모든 금속 반응기이다. 예를 들어, 100 ~ 2000㎛, 바람직하게는 약 400㎛ 두께의 웨이퍼는 바람직하게는 적합한 마이크로-구조화 또는 에칭 기술, 예를 들어 반응성 이온 에칭을 사용하여 구조화 되고, 이를 통해 예를 들어 실리콘에서의 크리스탈 배향과 상관없이 3 차원 구조를 제조하는 것이 가능하다 [James 등의 문헌 Sci . Am . 4 , 248 (1993) 참조]. 예를 들어, 같은 방식으로 유리의 마이크로-반응기를 처리하는 것이 또한 가능하다.
상기 방식으로 처리된 웨이퍼는 서로 평행으로 수행되는 10 ~ 1000, 바람직하게는 100 ~ 500 및 특히 200 ~ 300 마이크로-반응 시스템을 가질 수 있고, 평행으로 또는 연속으로 동작하거나 작동될 수 있다. 형상, 즉, 채널의 2 차원 프로파일은 매우 상이할 수 있고: 가능한 프로파일은 직선, 곡선, 각 및 이들 형태 요소의 조합 등을 포함한다. 모든 마이크로반응 시스템이 동일한 형상을 가질 필요는 없다. 구조는 약 1 ~ 2000㎛, 바람직하게는 약 50 ~ 1500㎛, 보다 바람직하게는 약 10 ~ 1000㎛ 의 측청치를 특징으로 하고, 수직벽, 채널의 깊이는 약 20 ~ 1800㎛ 및 바람직하게는 약 200 ~ 500㎛ 이다. 각각의 마이크로-반응 챔버의 횡단면 (정사각형 일 수 있지만 반드시 정사각형일 필요는 없음) 은 예를 들어, Burns 등에 의해 문헌 [Trans IChemE 77(5) , 206 (1999)] 에 통상적으로 명시된 바와 같이 일반적으로 약 20 x 20 ~ 1500 x 1500㎛2 및 특히 약 100　x 100 ~ 300　x 300㎛2 의 자리수로 존재한다. 통상적으로, 마이크로-반응 시스템은 약 1 ~ 5000 및 바람직하게는 약 25 ~ 1000㎜ 길이를 갖는 채널이다.
마이크로-반응 챔버에 반응물을 공급하기 위해, 상기 목적을 의도하는 시점에 웨이퍼를 에칭시킨다.
최종적으로, 구조화된 웨이퍼는 적합한 방법, 예를 들어 양극 접합에 의해 추가의 웨이퍼에 결합되고, 유리의 예는 바람직하게는 파이렉스 유리이고, 개별 흐름 채널은 서로 단단하게 밀봉된다. 물론, 기재 물질에 따라, 다른 구조 및 결합 기술이 상기 목적에 관한 진보성에 대한 임의의 요구 없이 불투수성 흐름 시스템을 실현하는 것 (당업자에게는 명백할 것임) 이 또한 가능하다.
마이크로-반응기의 구조화
마이크로-반응 시스템은 하나 이상의 혼합 영역, 하나 이상의 반응 영역, 하나 이상의 혼합 및 반응 영역, 하나 이상의 가열 및 냉각 영역, 또는 이들의 임의의 조합으로 나눌 수 있다. 이들은 바람직하게는 세 개의 영역, 특이적으로 두 개의 반응 영역 및 한 개의 냉각 영역을 갖고, 그 결과 특히 2 단계 또는 다단계 반응이 액체 상 또는 기체 상에서 효율적으로 수행될 수 있다. 첫 번째 영역에서, 두 개의 반응 참가물질을 혼합하고, 반응시키고; 두 번째 영역에서, 첫 번째 영역의 생성물과 추가의 반응물 사이에 반응이 일어나고, 세 번째 영역에서 온도를 낮추는 것에 의해 반응의 종료가 야기된다. 첫 번째 반응 영역 및 두 번째 반응 영역을 서로 열적으로 엄격하게 분리하는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 특이적으로, 추가의 반응물의 첨가가 필요하거나 또는 한 가지 대신에 몇 가지 혼합 포인트를 원하는 경우, 이것은 반응 영역 2 및 영역 1 에서 일어날 수 있다. 마이크로-반응 시스템은 연속으로 또는 동시에, 즉, 각 경우에서 정의된 양의 반응물과 평행하게 작동할 수 있고, 동일하거나 또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 약 200㎛ 의 폭을 갖는 작은 채널로 시작하고, 반응기의 길이를 초과하여 이들을 확장시켜 약 800㎛ 의 폭으로 확장시킬 수 있다.
마이크로-반응 시스템의 형상이 다를 수 있는 추가의 가능한 방식은 반응물이 서로 만나는 혼합 각으로 이루어져 있고, 이는 15 ~ 270°및 바람직하게는 45 ~ 180°일 수 있다. 더욱이, 세 개 영역을 각각 독립적으로 냉각 또는 가열하거나 또는 필요에 따라 한 개 영역 내에서 온도를 다르게 하는 것이 가능하고, 이 예에서의 반응 챔버는 영역 당 길이가 10 ~ 500㎜ 일 수 있는 채널이다.
바람직한 구현예 및 공정 조건
기본적으로, 반응을 수행하는데 적합한 것으로 밝혀진 구조화된 마이크로 반응기는 하나 이상의, 바람직하게는 세 개 이하의 혼합 영역 및 하나 이상의 반응 영역을 포함한다. 통상적으로, 혼합기는 약 10 ~ 2000㎛ 의 채널 폭 및 약 100 ~ 5000㎛ 의 반응기를 나타낸다.
바람직한 구현예에서, 마이크로-반응 시스템은 약 100 ~ 약 1,000,000 및 바람직하게는 약 500 ~ 약 250,000 마이크로 채널을 갖는 마이크로-멀티-채널 반응기 또는 약 1 ~ 100, 바람직하게는 약 40 ~ 80 및 보다 바람직하게는 약 50 ~ 70 마이크로-튜브를 갖는 마이크로-튜브 번들 반응기이다. 마이크로-강하막 반응기에서 공정을 수행하는 것이 또한 가능하다. 반응기의 하나 이상의 치수에서 채널 폭은 약 20 및 2000㎛ 이다.
SO3 대 유기 화합물의 몰비는 약 0.5 내지 3.0, 바람직하게는 약 0.8 내지 2.6:1, 보다 바람직하게는 약 0.9 내지 1.5:1 및 가장 바람직하게는 약 1:1 로 다를 수 있다. 예를 들어 마이크로 멀티-채널 반응기에서의 액체 삼산화황과의 반응은 매크로 반응기 (예를 들어 강하막 반응기)에서 수행하는 것에 비해 반응 생성물의 색깔 성능을 잃지 않고 더 높은 SO3 농도를 사용하게 해준다는 점에 주목해야 한다. 희석이 전혀 또는 거의 필요하지 않기 때문에, 술페이트화/술포네이트화제는 공급 시설 (예를 들어 관로, 병 등) 로부터 발생하는 증발없이 직접 사용될 수 있다. 약 -20 ~ 180℃ 범위 내의 온도에서 술페이트화/술포네이트화를 수행하는 것이 가능하지만, 약 30 ~ 60 ℃ 로 온도를 조정하고, 외부 냉각에 의한 발열 반응에 의해 야기되는 임의의 증가를 방지하는 것이 생성물 색깔 및 수율에 대해서 상당히 유리하다는 것이 밝혀졌다. 대안적으로 체류 시간이 매우 짧은 조건에서 약 60 ~ 120 ℃ 의 높은 온도가 또한 가능하다. 반응기의 냉각은 평행류, 역류 또는 횡류로 열 교환에 의해 일어날 수 있다.
마이크로-반응 시스템이 체류 시간을 정밀하게 조정해주기 때문에, 규정된 정도의 반응 및 상당하게 낮은 수준의 원치않는 황산 및 - 출발 물질로서 폴리글리콜 에테르의 경우 - 디옥산이 달성될 수 있다.
또한 마이크로-반응 시스템의 혼합 영역 중 출발 물질 및 SO3 의 강화된 혼합은 혼합물의 높은 균질성 및 정밀한 화학량론 반응 공정을 보장한다.
일단 술페이트화/술포네이트화가 일어나면, 산성 반응 생성물이 중화 단계를 거치게 하는 것이 필요하다. 이는 통상적인 중화 장치로 수행할 수 있으나, 술페이트화/술포네이트화 조생성물을 위한 한 개의 유입구 및 중화제를 위한 다른 한 개의 유입구, 혼합 영역 및 가열 이동 영역을 포함하는 마이크로-반응 시스템에서 중화를 수행하는 것이 또한 훨씬 바람직하다. 적합한 중화제는 알칼리성 수산화물 용액, 예를 들어, 수성 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액, 암모니아, 알킬 아민 또는 알칸올 아민을 포함한다.
화합물의 정의된 화학량론 비율에 따라, 덜 과도한 삼산화황은 파괴되어야 한다. 액체 유황에서 삼산화황으로의 전환이 필요하지 않기 때문에 상기 화합물은 또한 이산화황을 덜 함유한다. 따라서, 마이크로-반응 시스템 및 희석되지 않은 액체 삼산화황을 사용하는 술페이트화/술포네이트화는 덜 에이징되는 것이 필요하고, 시간, 에너지 및 비용의 관점에서 선행 기술에 비해 추가의 이점을 나타내는 것이 관찰되었다.
출발 물질
출발 물질이 관련되는 한, 방법은 중요하지 않다. 기본적으로, 술페이트 또는 술포네이트 기를 분자로 도입하는데 이용가능한 모든 유리체가 적합한 출발 물질을 대표한다.
바람직한 유리체의 제 1 군은 하기 일반식 (I) 에 따르는 하나 이상의 히드록실 부분을 포함하는 화합물을 포함한다:
R1(CO)nO(AO)mH (I)
식 중,
R1 은 약 1 ~ 22, 바람직하게는 약 12 ~ 18 개의 탄소 원자 및 0 또는 1 ~ 3 개의 이중 결합을 갖는, 포화 또는 불포화된, 임의로는 히드록시 치환된 하이드로카빌 기, 또는 알킬 사슬 내에 약 1 ~ 12, 바람직하게는 약 6 ~ 9 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 페놀 기를 나타내고;
n 은 0 또는 1 을 나타내고;
m 은 0 또는 약 2 ~ 200, 바람직하게는 약 1 ~ 50 및 보다 바람직하게는 약 1 ~ 25 의 정수를 나타내고;
AO 는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 또는 부틸렌 옥시드 단위 또는 이의 혼합물을 나타낸다.
상기 군은 특히 1 차 알코올 및 각각의 폴리글리콜 에테르, 예를 들어 에탄올, 프로판올, 이소프로필 알코올, 부탄올 및 그의 이성질체, 펜타놀, 헥사놀, 옥타놀, 2-에틸헥사놀, 데카놀, 라우릴 알코올, 미리스틸 알코올, 세틸 알코올, 스테아릴 알코올, 세테아릴 알코올, 이소스테아릴 알코올, 12-히드록시 스테아릴 알코올, 올레일 알코올, 엘라이딜 알코올, 리놀릴 알코올, 리놀레닐 알코올, 컨쥬게이팅된 리놀릴 알코올, 리시놀레일 알코올, 가돌레일 알코올, 아라키도닐 알코올, 베헤닐 알코올, 에루실 알코올, 및 그의 기술적 혼합물, 예를 들어 코코넛 지방 알코올 또는 수지 지방 알코올을 포함한다. 적합한 폴리글리콜 에테르는 상기 1 차 알코올에 대해 평균 약 1 ~ 100, 바람직하게는 약 2 ~ 50 및 보다 바람직하게는 약 5 ~ 25 몰의 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및/또는 부틸렌 옥시드의 부가물이다. 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 혼합물이 적용되는 경우, 생성된 폴리글리콜 에테르는 상이한 단위의 블럭 또는 랜덤 분포를 나타낼 수 있다. 에톡실레이트가 관련되는 한, 이들 생성물은 또한 이른바 좁은 범위 분포를 나타낼 수 있다. 이들 생성물 (세제 및 화장품 산업 두 가지 경우 모두에서 주요 음이온성 계면활성제임)이 표준 멀티-튜브 술페이트화 반응기에서 제조된 유사한 생성물보다 상당히 낮은 수준의 원치않는 부산물, 특히 디옥산을 나타내기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 약 1 ~ 10, 바람직하게는 약 2 의 평균 에톡실화 정도를 갖는 C12-C18 지방 알코올 에테르 술페이트의 제조에 유용하다.
적합한 출발 물질의 제 2 군은 카르복실산의 알콕실화 생성물, 예를 들어 카프론산, 카프릴산, 2-에틸헥산산, 카프린산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 팜올레산, 스테아르산, 이소스테아르산, 올레산, 엘라이딘산, 리노산, 리놀렌산, 12-히드록시 스테아르산, 리시놀산, 가돌레산, 아라키돈산, 베헨산, 에루크산 및 그의 기술적 혼합물, 예를 들어 코코넛 지방산, 팜 지방산, 수지 지방산, 해바라기 지방산, 대두 지방산 등을 포함한다. 적합한 폴리글리콜 에테르는 상기 카르복실산에 대해 평균 약 1 ~ 100, 바람직하게는 약 2 ~ 50 및 보다 바람직하게는 5 ~ 25 몰의 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및/또는 부틸렌 옥시드의 부가물이다. 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 혼합물이 적용되는 경우, 생성된 폴리글리콜 에테르는 상이한 단위의 블럭 또는 랜덤 분포를 나타낼 수 있다.
알킬 사슬 내에 약 1 ~ 12 및 바람직하게는 약 6 ~ 9 개의 탄소 원자를 포함하는 알킬 페놀의 알콕실화 생성물, 예를 들어 헥실 페놀, 헵틸 페놀, 옥틸 페놀, 노닐 페놀 또는 그의 혼합물이 또한 적합하다. 또한, 적합한 폴리글리콜 에테르는 상기 알킬 페놀에 대해 평균 약 1 ~ 200, 바람직하게는 약 1 ~ 50 및 보다 바람직하게는 약 1 ~ 25 몰의 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및/또는 부틸렌 옥시드의 부가물이다. 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 혼합물이 적용되는 경우, 생성된 폴리글리콜 에테르는 상이한 단위의 블럭 또는 랜덤 분포를 나타낼 수 있다.
제 2 군의 적합한 출발 물질은 하기 일반식 (II) 에 따르는 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 화합물을 포함한다:
R2-Ph (II)
식 중, R2 는 약 1 ~ 22 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 나타내고, Ph 는 페닐 기를 나타낸다. 상기 기는 주로 알킬 벤젠과 관련되고, 여기서 술포네이트 기는 방향족 고리 구조로 도입된다. 알킬 페놀도 물론 동일한 방식으로 반응할 수 있고, 이는 방향족 고리 구조의 술포네이트화가 히드록실 부분의 술페이트화 옆에서 일어난다는 것을 의미한다는 것이 이해되어져야 한다. 술페이트화가 훨씬 더 빠른 반응을 나타내기 때문에, 예를 들어 노닐 페놀+10EO 분자로의 삼산화황의 첨가는 주로 각각의 술페이트의 형성을 야기하는 반면에 술포네이트는 미량으로 형성된다.
술포네이트 형성을 위한 적합한 출발 물질은 또한 올레핀 및 관능화된 올레핀, 예를 들어 불포화된 1 차 알코올, 불포화된 모노- 또는 디카르복실산 및 그의 에스테르, 불포화된 합성 글리세리드 또는 천연 발생 지방 및 오일, 불포화된 아미드 및 그의 혼합물이다. 통상적으로 상기 화합물은 C6 ~ C22 의 사슬 길이를 나타낸다.
실시예
실시예 1
노닐 페놀+25 EO 술페이트 , 나트륨 염의 합성
실험을 위해 400㎛-두께의 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 마이크로-반응 시스템을 사용하였고, 이를 파이렉스 유리 웨이퍼에 합하였다. 300㎛ 의 깊이 및 300　x 300㎛2 의 마이크로-반응 챔버 횡단면을 갖는 20 개의 평행한, 선형 채널을 실리콘 웨이퍼로 에칭시켰다. 상기 채널을 평행하게 작동시키고, 반응물 도입 및 생성물 제거를 위해 각각 에칭시켰다. 35 ~ 40 ℃ 에서 481 g (0.38 mol) 노닐페놀+25EO 을 30.2 g (0.38 mol) 액체 삼산화황과 반응시켰다. 80℃ 에서 30.2 g 의 50 % b.w. 수성 수산화나트륨 용액을 사용하여 중화를 수행하였다. 또 다른 20 분 동안 상기 중화 생성물을 에이징시켰다.
실시예 2
라우릴 알코올+2 EO 술페이트 , 나트륨 염의 합성
약 300㎛ 의 채널 폭 및 채널 깊이 및 약 50㎜ 의 채널 길이를 갖는 약 500 개의 채널로 이루어지는 마이크로-멀티-채널 반응기를 라우릴 알코올+2EO 의 술페이트화를 수행하기 위해 사용하였다 (Dehydol®LS2, BASF Personal Care & Nutrition GmbH, Duesseldorf). 상기 채널을 평행하게 작동시키고, 유리체 도입 및 생성물 제거를 위해 에칭시켰다. 냉각 채널은 반응 채널에 대한 이의 직경과 일치하였다. 마이크로-반응기의 구조에 의해, 액체 삼산화황 및 지방 알코올 폴리글리콜 에테르 사이의 접촉은 냉각된 구역에서 단독으로 일어났다. 비록 공동-방향 작동도 가능하지만, 반응을 역방향으로 수행하였다.　 등몰비의 SO3 및 폴리글리콜 에테르 및 35 ℃ 의 온도에서 반응을 수행하였다. 마이크로-멀티-채널 반응기에 부착된 마이크로-혼합 단위 중 80℃ 에서 50 % b.w. 수성 수산화나트륨 용액을 사용하여 중화를 수행하였다. 또 다른 20 분 동안 상기 중화 생성물을 에이징시켰다. 생성된 라우릴 알코올+2EO 술페이트 나트륨 염을 깨끗한, 무색 액체 (실질적으로 디옥산이 없음) 로서 수득하였다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 히드록실 관능기 및/또는 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 화합물에 삼산화황을 첨가하여 술페이트 및/또는 술포네이트를 제조하는 방법으로서, 하기를 특징으로 하는 방법:
    (i) 반응이 마이크로-반응 시스템 (μ-반응기) 에서 수행되고,
    (ii) 사용된 술페이트화/술포네이트화제가 액체 삼산화황이고,
    (iii) 반응이 0 ~ 20 부피% 의 공기, 불활성 기체 또는 유기 용매의 존재 하에 수행됨.
  2. 제 1 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 세라믹 또는 강철로 제조되거나, 또는 임의로는 지지체 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 반응물을 위한 하나 이상의 유입구 및 생성물을 위한 하나 이상의 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체가 실리콘-유리 복합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 마이크로-반응 시스템이 동일한 형상 또는 상이한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 하나 이상의 치수에서 1 ~ 2000㎛ 의 범위 내의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 1 ~ 5000㎜ 의 길이를 갖는 채널인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 하나 이상의 혼합 영역, 하나 이상의 반응 영역, 하나 이상의 혼합 및 반응 영역, 하나 이상의 가열 또는 냉각 영역, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 50 ~ 1,000,000 마이크로-채널을 갖는 마이크로-멀티-채널 반응기인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로-반응 시스템이 1 ~ 100 마이크로-튜브를 갖는 마이크로-튜브 번들 반응기인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 술페이트화/술포네이트화가 -20 ~ 180℃ 의 범위 내의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 술페이트화/술포네이트화 생성물이 중화 단계를 거치게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 하기 일반식 (I) 에 따르는 하나 이상의 히드록실 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    R1(CO)nO(AO)mH (I)
    (식 중, R1 은 1 ~ 22 개의 탄소 원자 및 0 또는 1 ~ 3 개의 이중 결합을 갖는, 포화 또는 불포화된, 임의로는 히드록시 치환된 하이드로카빌 기, 또는 알킬 사슬 내에 1 ~ 12 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 페놀 기를 나타내고;
    n 은 0 또는 1 을 나타내고;
    m 은 0 또는 1 ~ 200 의 정수를 나타내고;
    AO 는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 또는 부틸렌 옥시드 단위 또는 이의 혼합물을 나타냄).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 하기 일반식 (II) 에 따르는 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    R2-Ph (II)
    (식 중, R2 는 1 ~ 22 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 나타내고, Ph 는 페닐 기를 나타냄).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 화합물이 올레핀, 불포화된 1 차 알코올, 불포화된 모노- 또는 디카르복실산 및 그의 에스테르, 불포화된 합성 글리세리드 또는 천연 발생 지방 및 오일, 불포화된 아미드 및 그의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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